Правила роботи з радіоактивними джерелами та високовольтним обладнанням

Радіоактивні джерела для роботи видаються студентам тільки на час проведення дослідів під розписку, про що робиться відмітка у спеціальному журналі. Студенти несуть особисту відповідальність за збереження і правильне використання радіоактивного джерела. Для роботи видається ⁹⁰Sr - ⁹⁰Y джерело -часток. На поверхні джерела контрольний рівень випромінювання складає 10-20 мкР\с. Джерело можна переносити тільки з допомогою пінцета чи спеціального пристрою. На лічильник Гейзера-Мюллера подається робоча напруга 400-500 В чи 800-1200 В.

Можливі аварійні ситуації: несанкціоноване витягнення джерела з захисту, приводить до підвищення рівня радіації у лабораторії у 10 – 100 разів вище допустимих норм, виникнення пожежі, пошкодження заземлення, пошкодження ізоляції проводів.

Категорично заборонено: торкатись руками активної плями радіоактивного джерела, підносити джерело до очей, передавати джерело іншим особам, вимикати кабель живлення детектора від увімкненого високовольтного блока чи детектора.

Мета і завдання роботи

Ознайомитись з абсолютними і відносними методами виміру активності радіоактивних джерел. Навчитись вимірювати активність джерела бета-випромінювання абсолютним методом, визначати поправки при вимірах активності, оцінити похибки вимірів.

Необхідні прилади і матеріали

Установка, яка складається з торцевого лічильника –частинок у свинцевому захисному екрані, високовольтного блоку живлення лічильника та перелікового приладу. Переліковий прилад і високовольтний блок можуть бути об’єднані в одному приладі. Досліджуване джерело, абсолютна активність якого визначається. Джерело на тонкій поліетиленовій підкладці для визначення коефіцієнту відбивання електронів від підкладки. За вказівкою викладача або лаборанта джерело на тонкій поліетиленовій підкладці може бути також використано як досліджуване джерело. Два джерела, встановлені в спеціальній касеті, які використовуються для визначення мертвого часу лічильника. Три пластинки слюдяних поглиначів з вказаною товщиною в г/см². Пластинки з алюмінію, заліза, міді і свинцю для вивчення зворотного розсіяння (відбивання) –частинок, а також рамка з отвором, рівна за товщиною пластинкам. Дві рамки з отворами, які можна встановлювати на різних рівнях в пластмасовому каркасі. Одна рамка служить для розміщення джерела, друга – для розміщення слюдяних поглиначів.

Теоретичні відомості

1. Радіоактивні джерела та їх характеристики

Більшість радіоактивних ізотопів нестабільні відносно β–розпаду. Завдяки широкому використанню радіоактивних ізотопів для наукових і практичних цілей часто виникає необхідність у вимірюванні інтенсивності β–випромінювання радіоактивних джерел. Існує багато питань і в самій ядерній фізиці, пов’язаних з вимірюванням інтенсивності β–випромінювання від різних зразків. Так, наприклад, вимірюючи інтенсивність випромінювання зразків, в яких радіоактивність наведена в результаті ядерної реакції певного типу, можна визначити ефективний переріз (імовірність) такої реакції.

Радіоактивне джерело – це об'єкт, який містить певну кількість радіоактивних і стабільних ізотопів (це може бути тверде тіло чи певний об'єм рідини). У залежності від типу радіоактивних ізотопів, що містяться в джерелі, з нього можуть випромінюватись , –частинки чи –кванти. Інтенсивність випромінювання радіоактивного джерела залежить від активності (А).

Активність – це величина, яка визначається відношенням кількості спонтанних перетворень (розпадів) нестабільних ядер джерела dN до інтервалу часу dt.

. (1)

Активність радіоактивного джерела безпосередньо зв’язана з числом радіоактивних ядер N, що містяться в джерелі, та сталою розпаду цих ядер :

. (2)

Стала розпаду  характеризує імовірність розпаду певного типу радіоактивних ядер за одиницю часу.

За одиницю активності радіоактивного джерела в СІ прийнято активність такого джерела в якому відбувається один розпад нестабільного ядра за 1 секунду (с^-1). Ця одиниця називається Беккерель (Бк). Крім того використовується і позасистемна одиниця Кюрі (Kі).

1 Kі = 3,700·10¹⁰ Бк,

Радіоактивне джерело може містити різні радіоактивні ізотопи. У такому випадку активність джерела буде визначатись сумою активностей від усіх радіоактивних ізотопів, що містяться в джерелі

Слід зауважити, що енергетичний спектр –частинок має неперервний характер у межах від нуля до максимальної енергії електронів E_m. Див., наприклад, рис. 1.

Рис. 1. Енергетичний спектр –частинок з максимальною енергією електронів E_m..

Отже, завжди якась частина –частинок малої енергії може бути поглинена у повітрі чи стінці лічильника (віконці лічильника) і навіть у самому радіоактивному джерелі.

Радіоактивні ядра можуть мати також складну схему розпаду. Наприклад, ізотопи ⁹⁰Sr-⁹⁰Y, ⁶⁰Co мають такі схеми розпаду (див. рис. 2).

Рис. 2. Схеми розпаду ядер: а - ⁹⁰Sr, б - ⁶⁰Co.

Як це видно з рис. 2, ізотоп ⁹⁰Sr (період напіврозпаду 28,8 років), випромінює –частинку і перетворюється в основний стан ізотопу ⁹⁰Y (період напіврозпаду 64,1 години), який після випромінювання –частинки переходить у основний стан стабільного ядра ⁹⁰Zr. Ізотоп ⁶⁰Co (період напіврозпаду 5,27 років), випромінює –частинку і перетворюється у стабільне ядро ⁶⁰Ni у збудженому стані. Ядро ⁶⁰Ni після випромінювання двох каскадних –квантів з енергіями 1,17 та 1,33 МеВ переходить в основний стан.